СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ, ИМЕЮЩИХ СЛОЖНУЮ ФОРМУ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ С НАЛИЧИЕМ НАПРЕССОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 1997 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий, в основном, имеющих вид тел вращения сложной формы, ультразвуковым (УЗ) методом и может быть использовано для обнаружения дефектов в материалах, в том числе валах, осях машин и механизмов.

Известен способ УЗ контроля тел вращения, заключающийся в том, что излучают в проверяемое изделие с поверхности торца луч продольных УЗ колебаний, принимают в той же точке отраженные продольные УЗ колебания и по их амплитуде определяют качество изделия. (Руководство по испытанию на растяжение и дефектоскопированию вагонных деталей, ЦВТ-6, МПС СССР, М, Транспорт, 1982, 64 с.).

Недостатком известного способа является сложность расшифровки осциллограммы, наблюдаемой на экране дефектоскопа из-за наличия большого количества мешающих сигналов, возникающих из-за частичной трансформации продольных УЗ волн и отражений их от кромок галтелей и напрессованных на изделие деталей.

Наиболее близким по технической сущности является способ УЗ контроля тел вращения, заключающийся в том, что излучают в проверяемое изделие луч поперечных УЗ колебаний с вводом его с конической поверхности центрового отверстия тела вращения, принимают в той же точке отраженные дефектом поперечные УЗ колебания, измеряют параметры принятых колебаний и по ним определяют качество изделия (Справочник, Й.Крауткремер, Е.Крауткремер, Ультразвуковой контроль материалов, Металлургия, 1991, с. 439).

Недостатком этого способа является сложность расшифровки одновременно поступающих отраженных импульсов от дефектов и напрессованных на контролируемое изделие деталей (колец подшипников, ступиц колес, тормозных барабанов). Поперечные УЗ колебания из центрового отверстия контролируемого изделия проходят ввиду плотной насадки в напрессованные детали и, многократно отражаясь в них, возвращаются на излучатель-приемник УЗ колебаний в виде помех. Дефекты контролируемых изделий, в основном, развиваются в местах наибольших нагрузок, а именно под кольцами подшипников и ступицами колес. Поэтому приход отраженных импульсов УЗ колебаний от дефектов и задних стенок напрессованных деталей на ось изделия близки по времени, и при этом не обеспечивается достаточный уровень выявляемости дефектов по соотношению сигнал/шум.

Техническим результатом использования изобретения является повышение точности за счет снижения помех от задних стенок напрессованных деталей на контролируемых изделиях.

Результат достигается тем, что в способе ультразвукового контроля изделия, имеющих сложную форму тел вращения с наличием напрессованных деталей, заключающимся в том, что с помощью преобразователя вводят импульсы поперечных ультразвуковых колебаний через коническую поверхность центрального отверстия тела вращения, вращая при этом изделие или преобразователь, при условии подачи контактной жидкости, принимают в процессе вращения отраженные дефектом и плоскостью задней стенки напрессованной детали эхо- импульсы ультразвуковых колебаний, по амплитуде и времени прихода эхо-импульса определяют наличие дефектов, импульсы ультразвуковых колебаний вводят в изделие относительно образующей поверхности конуса под углом, определяемым по формуле:
,
где
q угол конуса центрового отверстия тела вращения;
h кратчайшее расстояние между осью тела вращения и точкой ввода ультразвука;
D диаметр тела вращения;
L проекция луча ультразвука на ось,
и с разворотом относительно плоскости, включающей ось центрового отверстия и точку ввода ультразвуковых колебаний от 5^o до 30^o''.

На фиг. 1 представлена акустическая схема УЗ контроля тела вращения - зоны шейки оси железнодорожной колесной пары с наличием колец подшипников и ступицей колеса; на фиг.2 вид A на фиг. 1; на фиг. 3 вид сверху на фиг. 1.

На схеме (фиг. 1) обозначены преобразователь 1 поперечных волн, ось 2 УЗ луча, используемого для контроля шейки оси тела, тела шейки 3 оси с посаженными на ней кольцами 4 подшипников, дефект 5, ось луча 6, используемого для контроля зоны под ступицей 7 ближнего колеса (тела).

α угол ввода ультразвука;
q угол конуса центрового отверстия тела вращения;
h расстояние между осью тела и точкой ввода ультразвука;
L проекция луча ультразвука на ось;
D диаметр тела вращения.

Способ заключается в следующем.

Задние стенки колец 4 подшипников обработаны с высокой степенью чистоты (шероховатости) и являются зеркальными отражателями для УЗ колебаний. Поэтому центральный луч 6 УЗ колебаний от излучателя с углом разворота 5 30 град. (оптимальный для колец подшипника 13 град) отражается от задней стенки подшипника под углом и на излучатель-приемник не возвращается. В то же время луч 6 УЗ колебаний, посланный с углом разворота относительно оси тела вращения поверхностью тела, концентрирует УЗ колебания, повышая звуковое давление на контролируемый дефект. Дефектные трещины в теле развиваются под кольцами или ступицами и имеют характер диффузного отражателя. Поэтому часть УЗ колебаний от дефекта возвращается на излучатель-приемник и фиксируется на экране дефектоскопа. Причем уровень помехи отражений от кольца подшипника значительно ниже уровня сигнала от модели дефекта в теле зоны шейки тела вращения отношении сигнал/ шум на 12 20 дБ.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть применено при неразрушающем контроле. Техническим результатом использования изобретения является повышение точности за счет снижения помех от задних стенок напрессованных деталей на контролируемых изделиях. Результат достигается за счет того, что подают импульсы поперечных УЗ колебаний через коническую поверхность центрального отверстия изделия, вращая при этом либо изделие, либо преобразователь при условии подачи контактной жидкости, подачу импульсов производят под углом к образующей конуса изделия α= π/2-q/2-arctg[D/2-h/L]/2, где q - угол конуса центрового отверстия, D - диаметр изделия, h - кратчайшее расстояние между осью изделия в области отверстия и точкой ввода ультразвука, L - проекция вектора излучения на ось с разворотом относительно плоскости, проходящей через ось центрального отверстия и точку ввода УЗ колебаний от 5^o до 30^o, принимая в процессе вращения отраженные дефектом и задней стенкой напрессованной детали ЭХО-импульсы УЗ колебаний. 3 ил.

Способ ультразвукового контроля изделий, имеющих сложную форму тел вращения с наличием напрессованных деталей, заключающийся в том, что с помощью преобразователя вводят импульсы поперечных ультразвуковых колебаний через коническую поверхность центрального отверстия тела вращения, при этом изделие или преобразователь, при условии подачи контактной жидкости, принимают в процессе вращения отраженные дефектом и плоскостью задней стенки напрессованной детали эхо-импульсы ультразвуковых колебаний, по амплитуде и времени прихода эхо-импульса определяют наличие дефектов, отличающийся тем, что импульсы ультразвуковых колебаний вводят в изделия относительно образующей поверхности конуса под углом, определяемым по формуле

где g угол конуса центрового отверстия тела вращения;
h кратчайшее расстояние между осью тела вращения и точкой ввода ультразвука;
D диаметр тела вращения;
L проекция луча ультразвука на ось,
и с разворотом относительно плоскости, проходящей через ось центрового отверстия и точку ввода ультразвуковых колебаний от 5 до 30^o.